(57)【要約】【課題】  ミラー面精度の悪化・質量の向上による固有振動数の低下を生じさせることなく、複数の可動子の振動状態を検出することを目的とする。【解決手段】  複数の可動子が複数のねじりバネによって直列に連結され、複数の可動子の内、反射ミラーが形成されていない可動子の内の少なくとも一つの動きを検出する検出手段とからなる光偏向器を提供する。【選択図】  図１
2005326462.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のねじりバネと複数の可動子と支持部とからなる振動系と、
前記振動系を動作させる駆動手段と、を有する光偏向装置であって、
前記振動系は分離した複数の共振周波数を有し、
前記可動子の少なくとも一つに反射ミラーが形成され、
前記複数の可動子は前記複数のねじりバネによって直列に連結され、
前記複数のねじりバネの一部は支持部によって支持され、
前記複数の可動子の内、前記反射ミラーが形成されていない前記可動子の内の少なくとも一つの動きを検出する検出手段とからなる光偏向器。
【請求項２】
前記複数の可動子は、一つの平板形状可動子と、一つの以上の輪形状可動子と、からなり、これらが入れ子状に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光偏向装置。
【請求項３】
前記複数の検出手段から前記複数の可動子の駆動周波数と振幅と位相とを得るための算出手段有することを特徴とする請求項１または２に記載の光偏向装置。
【請求項４】
請求項３に記載の光偏向装置の制御方法であって、前記算出手段の結果から前記駆動手段によって前記振動系を所望の動作に制御することを特徴とする光偏向装置の制御方法。
【請求項５】
前記算出手段の結果から前記駆動手段によって、まず振幅を所望の値に制御した後に、位相を制御することを特徴とする請求項４に記載の光偏向装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ構造体の技術分野に関連する技術であり、より詳しくは光偏向器に好適なものである。また、この光偏向器を使用した走査型ディスプレイやレーザービームプリンタやデジタル複写機等の画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ミラーが共振駆動される光偏向器が色々と提案されている。共振型光偏向器は、ポリゴンミラー等の回転多面鏡を使用した光走査光学系に比べて、光偏向器を大幅に小型化することが可能であること、消費電力が少ないこと、面倒れが理論的に存在しないこと、特に半導体プロセスによって製造されるＳｉ単結晶からなる光偏向器は理論上金属疲労が無く耐久性にも優れていること等の特徴がある（特許文献１）。
【０００３】
一方、共振型偏向器においては、原理的にミラーの走査角が正弦的に変化するため、角速度が一定でないという問題点がある。この特性を補正するために、特許文献２においては、基本周波数とその３倍の周波数の振動モードを有する共振型偏向器を用いることで、略三角波駆動を実現している。図４に三角波駆動を実現したマイクロミラーを示す。光偏向器12は可動子14,16・ねじりばね18,20・駆動部23,50・検出部15,32・制御回路30から構成される。このマイクロミラーは基本共振周波数と略三倍の共振周波数を持ち、基本周波数と三倍の周波数との合成周波数で駆動する。これにより、ミラー面を持つ可動子14は三角波駆動で駆動し略等角速度領域を実現する。その際、検出部15,32により可動子14の振動を検出し、制御回路30により三角波実現のために必要な駆動信号を生成し、駆動部23,50によりマイクロミラーを駆動している。
【特許文献１】特開昭５７−８５２０号公報
【特許文献２】米国特許４８５９８４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ミラー面を持つ可動子に検出部を設けることで、ミラー面精度の悪化・質量の増加による固有振動数の低下という問題が生じる。
【０００５】
本発明は、ミラー面精度の悪化・質量の向上による固有振動数の低下を生じさせることなく、複数の可動子の振動状態を検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の特徴とするところは第1に、複数のねじりバネと複数の可動子と支持部とからなる振動系と、前記振動系を動作させる駆動手段と、を有する光偏向装置であって、前記振動系は分離した複数の共振周波数を有し、前記可動子の少なくとも一つに反射ミラーが形成され、前記複数の可動子は前記複数のねじりバネによって直列に連結され、前記複数のねじりバネの一部は支持部によって支持され、前記複数の可動子の内、前記反射ミラーが形成されていない前記可動子の内の少なくとも一つの動きを検出する検出手段とからなる光偏向器であり、第２に、前記複数の可動子は、一つの平板形状可動子と、一つの以上の輪形状可動子と、からなり、これらが入れ子状に配置されていることを特徴とする光偏向装置であり、第３に、前記複数の検出手段から前記複数の可動子の駆動周波数と振幅と位相とを得るための算出手段有することを特徴とする光偏向装置であり、第４に、前記算出手段の結果から前記駆動手段によって前記振動系を所望の動作に制御することを特徴とする光偏向装置の制御方法であり、第５に、前記算出手段の結果から前記駆動手段によって、まず振幅を所望の値に制御した後に、位相を制御することを特徴とする光偏向装置の制御方法である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、ミラー面精度の悪化・質量の向上による固有振動数の低下を生じさせることなく、反射ミラーが形成されていない可動子の振動状態を算出し、それによって駆動手段による駆動力を変更することで、反射ミラーを有する可動子が略三角波状で駆動し、変位角が正弦波であったときと比べ、略等角速度となる領域が広くなり、偏向走査の全域に対する利用可能な領域を大きくすることが可能となり、レーザープリンタに本発明の光偏向装置を導入することで良好に印字することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
その詳細および作用について以下に説明する。
【０００９】
本発明による光偏光器は、複数の可動子と該複数の可動子を直列に連結する同一軸上に配置された複数のねじりバネと、前記複数のねじりバネの一部を支持する支持部と、前記複数の可動子上の一つに形成された反射ミラーと、前記複数のねじりバネと前記複数の可動子とからなる振動系は、分離した複数の共振周波数を有している。
【００１０】
前記可動子の少なくとも一つに駆動手段により駆動力を与え、前記複数の可動子を動作させる。駆動手段としては、電磁型・静電型・圧電型などが考えられる。
【００１１】
前記複数の可動子の内、前記反射ミラーが形成されていない前記可動子の内の少なくとも一つの動きを検出手段により検出する。検出手段としては、誘導起電力・静電容量検出等が考えられる。
【００１２】
検出手段の出力から、前記複数の可動子の駆動周波数・振幅・位相を得るための算出手段を有している。
【００１３】
本発明による画像投射装置の代表的なブロック図を図１に示す。振動系100は、可動子101・可動子102からなり、可動子101・可動子102を直列に連結するねじりばね111と可動子102と支持部121を連結するねじりばね112からなる。
【００１４】
駆動手段130は可動子102に、電磁・静電・圧電などにより振動系100の複数の固有振動モードを同時に励振する駆動力を加える。
【００１５】
検出手段140は、可動子102の振動状態を誘導起電力・静電容量検出等により検出する。
【００１６】
算出手段150は検出手段の出力である可動子102の振動状態から可動子101の振動状態を算出する。以下に、算出部150によって、可動子101,102の振動振幅θ1，θ2の振動状態を数式化する方法の一例を示す。
【００１７】
可動子101,102のねじれ軸周りの固有モードの角振動数をω1，ω2・振動振幅をθ1，θ2・位相をφ1，φ2とすると、可動子101,102の振動振幅θ1，θ2は、
θ1＝Ａ1 sin（ω1ｔ−φ1）＋Ａ2 sin（ω2ｔ−φ2）          （数式  １）
θ2＝Ｂ1 sin（ω1ｔ−φ1）−Ｂ2 sin（ω2ｔ−φ2）          （数式  ２）
Ａ1＝Ｃ1×Ｂ1，Ａ2＝Ｃ2×Ｂ2                              （数式  ３）
と表せる（Ａ1，Ａ2Ｂ1，Ｂ2Ｃ1Ｃ2は定数）。
【００１８】
検出手段による可動子102の振動振幅θ2の検出信号から、（数式  1）の形に変形するために、可動子101,102の駆動振動数ｆ1，ｆ2のバンドパスフィルタにより検出信号を２つの周波数成分に分けＢ1，Ｂ2・φ1φ2を求める。また、バンドパスフィルタの変わりにローパスフィルタとハイパスフィルタやロックインアンプを用いることも可能である。
【００１９】
さらに、ω1，ω2・Ｃ1，Ｃ2を事前に把握することで、可動子102の振動振幅θ2を検出することにより可動子101の振動振幅θ1が求められる。
【００２０】
算出した振動状態から、所望の振幅および位相になるように駆動手段130からの駆動信号を制御する。その際にまず振幅を所望の値にした後に、位相を調整することが望ましい。
【実施例１】
【００２１】
本実施例は本発明による光偏向器の第一態様である。本実施例の画像投射装置のブロック図は図１に示されるものと同一である。図２は本実施例の具体的な構成図である。
【００２２】
図２（a）は光偏光器、図２（b）は振動系の表面、図２（c）は振動系の裏面である。振動系200はシリコンウェハをエッチング加工で作成されたプレート部材である。平板状の可動子201は、表面に反射ミラーを有し、図中の上下を２本のねじりバネ211a,bで支持されている。枠形状の可動子202は、その内側にねじりバネ211a,bを支持しており、図中の上下を２本のねじり212a,bで支持されている。枠形状の可動子202は、ねじりバネ212a,bで固定台221に支持されている。振動系200は２つの振動モードを有する。
【００２３】
駆動手段230は、可動子202の表面上に形成された可動コイル231に流す電流と、固定永久磁石232a,bから形成される磁界によりローレンツ力による回転トルクが発生する。この際、可動子202の２つの振動モードで回転トルクを励起することにより、可動子201,202には大きなねじれ振動が生じる。
【００２４】
可動子202の直下に位置する固定電極241と、可動子202の裏面上に形成された可動電極242a,bとの電極間の距離が可動子202がねじれ振動を起こすことにより変化し、電極間の静電容量が変化する。この静電容量の変化により、可動子202の振動状態を検出する。
【００２５】
検出した可動子202の振動状態から、可動子201の振動状態を算出し、それによって駆動手段230による駆動力を変更することで、可動子201は略三角波状で駆動し、変位角が正弦波であったときと比べ、略等角速度となる領域が広くなり、偏向走査の全域に対する利用可能な領域を大きくすることが可能となる。
【００２６】
本実施例では駆動手段230に可動コイル231・固定永久磁石231a,bを用いたが、可動永久磁石・固定コイルによる電磁駆動、もしくは固定電極と可動電極による静電駆動を用いることも可能である。また、検出手段として、固定電極241と可動電極242a,bによる静電容量の変化を用いたが、可動永久磁石・固定コイル、もしくは可動コイル・固定永久磁石による誘導起電力の変化を用いることも可能である。
【００２７】
本実施例により、可動子202の振動状態を検出することから、可動子201の振動状態を算出することができる。
【実施例２】
【００２８】
本実施例は本発明による画像投射装置の第二態様である。本実施例の構成を図3に示す。本実施例は実施例1の光偏光器をレーザビームディスプレイに用いたものである。
【００２９】
光源310から出射した光は、コリメータレンズ320で整形された後、光偏向器300によって1次元に偏向される。偏向光は結合レンズ330を経て感光ドラム340上に結像する。
【００３０】
本実施例により、本発明の光偏向器をレーザービームプリンタに用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明による光偏向器のブロック図
【図２】実施例１による光偏向器、振動系表面、振動系裏面の構成図
【図３】実施例２による構成図
【図４】三角波駆動マイクロミラー
【符号の説明】
【００３２】
100  振動系
101  可動子
102  可動子
111  ねじりばね
112  ねじりばね
121  支持部
130  駆動手段
140  検出手段
150  算出手段
200  振動系
201  平板状の可動子
202  枠形状の可動子
211  ねじりばね
212  ねじりばね
230  駆動手段
231  可動コイル
232  固定永久磁石
241  固定電極
242  可動電極
300  光偏向器
310  光源
320  コリメータレンズ
330  結合レンズ
340  感光ドラム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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